РНК управляет бактериями: исследователи наблюдают, как РНК контролирует синтез белка

В эукариотических клетках транскрипция (процесс, посредством которого информация в цепи ДНК копируется в информационную РНК) и трансляция (процесс, посредством которого белок синтезируется рибосомой из мРНК) представляют собой два последовательных этапа. У бактерий они возникают одновременно: поскольку РНК синтезируется РНК-полимеразой, рибосома участвует в создании белков.
Эта синхронность обеспечивает так называемое «сцепление транскрипции-трансляции», при котором первая рибосома может немедленно следовать за транскрибирующей РНК-полимеразой и соединяться с ней.

Это новая область исследований, которая обещает дать представление о процессах, уникальных для бактерий, которые могут быть целенаправленно нацелены на создание антибиотиков.
Теперь исследователи из Мичиганского университета непосредственно наблюдали ранее скрытые механизмы регуляции РНК внутри таких связей. Результаты, подготовленные совместно докторантами Сураджитом Чаттерджи и Адрианом Човье из химического факультета Университета штата Мичиган и Центра РНК-биомедицины Университета штата Мэриленд, опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Новые результаты обещают иметь важные последствия для будущей разработки антибиотиков, которые могли бы воздействовать на механизм связывания, а не на отдельные процессы транскрипции или трансляции.
«Поскольку РНК становится основным фактором в нашей повседневной жизни – обратите внимание на вирусный геном SARS-CoV-2 и мРНК-вакцины для борьбы с его репликацией – мы находимся на перекрестке, где взаимодействие между РНК и белками в их вездесущих комплексах становится привлекательная перспективная цель для лекарств будущего, в том числе для борьбы со штаммами устойчивых к лекарствам бактерий ", – сказал старший автор Нильс Вальтер, профессор химии.

В частности, исследователи обнаружили, что модуляция трансляции формирующейся мРНК влияет на последующий синтез самой мРНК.

Когда трансляция останавливается или задерживается, скорость транскрипции замедляется, чтобы избежать перепроизводства РНК, которая будет только разрушаться в клетке.
Чтобы удобно модулировать эффективность трансляции, исследователи использовали особенности структурированной РНК, называемой трансляционным рибопереключателем, встроенной в начало мРНК бактерии сибирской язвы Bacillus anthracis. Эта РНК изменяет структуру при связывании определенного небольшого лиганда, чтобы уменьшить трансляцию в ответ на сигналы окружающей среды.

Текущее исследование показывает, что рибопереключатель – обычно считается, что он влияет только на трансляцию – на самом деле может регулировать как трансляцию, так и транскрипцию, используя их сцепление. Используя лиганд рибопереключателя для замедления инициации трансляции или ингибиторы для задержки или остановки трансляции, ученые наблюдали влияние также на скорость РНК-полимеразы.
Авторы расширили комбинацию методов флуоресцентной микроскопии одиночных молекул для мониторинга динамических взаимодействий механизмов транскрипции и трансляции на разных стадиях связывания.

Они также разработали уникальную стратегию прямого наблюдения за взаимодействием транскрипции и трансляции в режиме реального времени, обнаружив, что маленький рибопереключатель контролирует гораздо более крупные механизмы транскрипции и трансляции. Таким образом, работа превосходит и воплощает в жизнь предыдущие структурные исследования, которые предоставляли только моментальные снимки уже соединенных механизмов.

Исследователи говорят, что их результаты закладывают важную основу для будущих исследований РНК. Они объясняют, что вопрос о том, как другие клеточные факторы способствуют установлению и поддержанию связи транскрипции и трансляции, все еще остается загадкой, поднимая вопросы, которые еще предстоит изучить.

Эта работа также может помочь понять аналогичные биологические процессы у других патогенных организмов.
«Удивительно видеть, как огромные механизмы транскрипции и трансляции поддерживаются крошечной мРНК для контролируемого процесса экспрессии генов в бактериях», – сказал Чаттерджи.
Чаттерджи и Човье – старшие научные сотрудники лаборатории Уолтера на химическом факультете Университета штата Мичиган.

Их интересуют трансляционные и транскрипционные рибопереключатели соответственно. В этом исследовании они объединили свои знания и интерес по каждому аспекту сцепления.
«Для меня это не столько бактерии, сколько биологические процессы трансляции и транскрипции», – сказал Шовье. «Генетическая регуляция – это своевременный скоординированный процесс, и синхронизация – ключ к адаптации бактерий к внешним угрозам."

К Чаттерджи, Човье и Уолтеру присоединились аспирантка Шиба Дандпат и соавтор профессор Ирина Арцимович из Университета штата Огайо.

6 комментариев к “РНК управляет бактериями: исследователи наблюдают, как РНК контролирует синтез белка”

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *